降雨使土壤养分随地表径流、侵蚀泥沙迁移或随下渗水向土壤深层迁移,而雨水的冲蚀是导致地表径流中大多数氮磷流失的直接原因[18]。本研究结果表明,同一生草栽培,养分流失量随坡度升高而增大,而土壤的肥力则呈下降趋势。原因是坡度改变了土壤表层单位面积实受雨强,影响土壤入渗能力及坡面水流特性[19],而径流速度的变化导致坡面表土颗粒起动、侵蚀方式和径流携沙能力不同,最终使坡面养分流失产生差异。本研究中,当坡度由12°升高到42°时,清耕处理地表径流总氮总磷平均含量分别增加了96.50%及110.64%,原因可能是因坡度产生的径流流速变大,剧烈冲刷表土,较易发生面蚀,甚至细沟侵蚀,导致表层土壤剥落,下层土壤溶质被不断浸提进入径流中。
本研究中,同一坡度下,与对照相比,雀稗和白花藿香蓟处理的地表径流总量分别降低33.1%~50.34%和21.9%~30.1%,说明生草栽培后土壤的保水能力增强,与李太魁等[7]的研究结果一致。原因是生草栽培增加了土壤覆盖度,降低雨滴直接溅蚀地表的动能,使产生的地表水快速下渗到土壤深层,消减了地表径流的流失。而清耕处理地表裸露,降雨击溅地表产生的泥沙迅速堵塞土层的自然孔隙,导致降水难以入渗到土层。本研究中硝态氮流失量小于氨氮流失量,与刘宗岸[20]研究结果不一致,原因可能是虽然硝态氮是旱地土壤氮素的主要形态,且极易溶于水,但是硝态氮容易通过淋溶途径流失,而非地表径流。本研究对不同生草栽培的坡面氮磷流失分析表明,整体而言,同一坡度下,地表径流总氮、总磷、氨氮及硝态氮平均含量为雀稗>白花藿香蓟>清耕,与其他研究[21]表明果园生草后可降低地表径流中的氮磷含量的结果不一致,原因可能是雀稗和白花藿香蓟地表产流量明显小于清耕,当流失量(即容积)变小,养分浓度升高。本研究中生草栽培后的地表径流氮磷含量高于清耕处理,但相对于清耕,雀稗和白花藿香蓟处理的氮磷流失量低于清耕处理,与张亚丽等[22]认为,草被具有“双重作用”的研究结果一致,生草栽培使径流浓度高于清耕处理浓度,但生草又具有固土缓流、减少水土流失作用,从而减少养分流失。在双重效应共同作用下,随草被覆盖度增大,氮素流失浓度增大,而流失量则呈减小趋势。本研究中雀稗茎秆触地生根,茎叶繁茂,而白花藿香蓟单株生长,且成熟期的白花藿香蓟茎秆挺立,叶片较雀稗稀疏,草被覆盖度的差异导致雀稗处理的氮磷平均含量最高,而流失量最小。坡度、生草栽培及两者的交互作用对地表径流总氮与总磷流失量均有极显著的影响。雀稗、白花藿香蓟对总氮与总磷流失量的相对贡献指数随着坡度升高而减小,而坡度的贡献指数则呈增大趋势,说明随着坡度升高,生草栽培对地表径流氮磷流失量的抑制作用减弱,而坡度对地表径流氮磷流失量的促进作用则增强。当坡度<23°时,雀稗和白花藿香蓟对总氮与总磷流失量的作用大于坡度,主要原因可能是当坡度<25°时,采取植物措施可减少水土流失[23],从而减少养分流失量。当坡度>23°时,坡度对总氮和总磷流失量的贡献作用大于生草栽培,中央[1998]15号文件和中国《水土保持法》第14条明确指出25°以上陡坡地应该退耕还林,表明当坡度>25°后,土壤退化严重,本研究结果也表明当坡度>23°时,坡度的增加容易加剧养分流失。而雀稗对总氮和总磷流失量的相对贡献指数始终高于白花藿香蓟,说明雀稗控制地表径流氮磷流失的效果优于白花藿香蓟。
本研究中,随着坡度升高,同一生草栽培处理的土壤养分含量下降。生草栽培后的土壤全氮及速效氮低于清耕处理可能是另一个原因——生草抢肥。生草栽培使土壤中的矿质养分含量发生改变主要是因为可实现土壤水温调节、理化性质的改变的生草根系和植株在土壤中的积累和降解[24]。但是生草年限会影响土壤中矿质元素含量[25],有研究表明,生草在初期(1~3 a)会与果树发生争夺矿质养分,造成土壤主要矿质养分含量下降的现象[26]。而在长期(4~7 a)生草后,大部分土壤速效养分会恢复,甚至显著提升。本研究中的生草栽培属于当年生草,植物生长需要来自表层土壤的养分直接供给,从而使较多表层土壤的养分受到消耗[27],且生长繁茂的雀稗消耗的土壤养分大于其他处理,尤其是土壤氮素。本试验对于不同坡度金桔园生草栽培的研究,目前还处于生草初期阶段,探讨多年生草对桂东北坡地果园养分流失及土壤的影响,将是下一步的研究重点。